计算机组成原理 教学课件 王诚 郭超峰 计算机组成第6章_2.ppt

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1、计算机组成原理教学课件王诚教授清华大学计算机系2009年10月16、微程序控制器6-1微程序控制器的基本组成①程序计数器PC存放指令地址，有增量或接收新值的功能②指令寄存器IR存放指令内容：包括指令操作码与操作数地址两部分③微指令下地址逻辑形成并提供出读控制存储器要使用的微指令的地址，其作用与硬连线控制器的节拍发生器有些类同。④控制存储器和微指令寄存器控制存储器用于保存由全部微指令构成的微程序，读控制存储器得到的微指令将首先存入微指令寄存器，之后才能送到各被控制部件，这一部分的作用与硬连线控制器的控制信号产生部件有些类同。

2、2微程序控制器基本组成框图控制存储器(存放微程序)微指令字微指令寄存器下地址逻辑控存地址下地址字段微命令字段指令寄存器IR程序计数器PC影射指令操作码条件信号Clock微命令(控制信号)①③②④3微程序控制器的基础知识用多条微指令“解释执行”每条机器指令的执行过程。一条微指令控制各部件执行指令的一个执行步骤应完成的功能，执行一条微指令所用的时间被称为一个微周期，相当于硬连线控制器的一个节拍时间。微指令需要具备如下两项功能：提供机器指令的一个执行步骤所需要的控制信号(微命令)，以控制各部件执行该步骤的操作功能；提供下一条待用

3、微指令的地址，以便自动有序地读出后续的一条微指令，解决指令各执行步骤之间正确的衔接关系。为此微指令中要有两部分信息。全部微指令的集合构成一台计算机的完整的微程序，保存在控制存储器中。下地址字段控制命令字段微指令格式4微程序控制器的运行原理用“解释执行”每条机器指令的执行过程多条微指令组成一个(段)微程序，解释执行所有指令的全部微程序保存在控制存储器中,该存储器用ROM芯片实现，仅提供读操作功能。读控制存储器需要用微指令的地址，如何提供得到这个地址的相关信息和实际值是微程序设计的重要工作。从控制存储器读出来的是一条微指令，包

4、括微命令字段和微指令下地址信息字段两部分，读出的微指令将经过微指令寄存器送到被控制部件实现控制，以确保把本条微指令的控制过程与读出下一条微指令的操作在时间上重叠起来，提高微程序的运行效率。5微程序控制器的组成与运行原理微指令中的微命令字段用于控制计算机各部件的执行功能和动作过程，因此又可以被划分为多个子字段，各子字段用于不同的部件、不同的执行功能、不同的数据选择等，有多种的划分和组合方式。微指令中的下地址信息字段用于提供形成下一条微指令地址的信息，每条微指令中都要有这段信息。因为读控存经常不是按微指令在控存中的存放次序顺序

5、进行，还要用专门的硬件(下地址逻辑)快速得到微指令地址，需要在下地址字段给出必要的信息。在机器指令的程序中，顺序执行的概率要高得多,只在不是顺序执行时才需要提供指令地址。下面会详细对这两个字段的内容组成进行解释。66-2微指令下地址字段与指令执行步骤用多条微指令“解释执行”每条机器指令的执行过程，每条微指令对应指令的一个操作步骤。指令之间、指令执行步骤之间的衔接关系要通过微程序控制器中的下地址逻辑部件来解决。取指操作公用于所有指令，每条指令都从取指开始,一条指令执行结束后，将自动进入下一条指令的取值过程，以确保指令之间的连

6、续运行。取出指令后，要找到解释这条指令执行过程的微程序段，可用指令的操作码映射出这个微程序段的首地址，用其读控存就有了首条微指令的内容，其下地址字段中有得到再下一条微指令地址的信息，为继续读出下一条微指令做好了准备，以确保指令执行步骤之间正确的衔接关系。指令执行步骤的衔接关系表现为读取微指令的次序，下地址逻辑部件用于解决这个次序关系。7微指令下地址字段与指令执行步骤指令执行步骤的衔接关系表现为读取微指令的次序，下地址逻辑部件用于解决这个次序关系，因此下地址字段的内容和每条(段)微指令在控制存储器中的位置有关。怎样分配每条微

7、指令到控制存储器的一个存储单元中是很有学问的，它会影响到控存的存储容量(字数，减少所用的控存字数是设计的目标之一。有效办法是尽量找出多条指令所使用的内容完全相同的微指令,并只安排一条供这多条指令分时共享,条件是通过合理地安排相关微指令的下地址的内容使其成为可能。而在硬连线控制器中，原理上每条指令的每一个执行步骤都会在指令流程表中占一个横行，通常不会出现内容全相同的多个横行。8把微程序安排到控制存储器中最简单的原理性办法取指用的微指令按指令操作码分支解释指令0的微程序解释指令1的微程序…解释指令n的微程序检查中断请求的微程序

8、响应中断请求的微程序无有适当优化设计找出多条指令用到的相同内容的微指令或微程序段,归并为一条共用，减少控存字数；设计更好的下地址信息组成，提供尽可能多的微指令衔接方式；用不同的微命令字段控制不同的对象，提高各部件并行运行能力,通过译码产生互斥命令,缩短微指令字长。顺序方式功能分支条件转移无条件转移无条件